SE512986C2 - Förfarande för att framställa en matris samt matris - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 512 986 2 dess inversa ytstruktur, d.v.s. den ytstruktur som en i maskinen utnyttjad matris uppvisar.

Med plastkomposit skall förstås en blandning av ett polymert material och ett fyllande material som är härdbart, där vanligtvis det fyllande materialet är i överskott.

Den efterföljande beskrivningen definierar en första matris- tillhörig slityta bildad pà ett första slitskikt och en andra matristillhörig slityta bildad på ett andra slitskikt.

Den första slitytan utgör den yta som har en mikrostruktur och som vetter mot den framställda plastdetaljen, den andra slitytan utgör den yta som skall vara plan och anligga mot en formhalvas plana stödyta och benämnes även baksida.

Det är uppenbart att dessa plana ytor inte nödvändigtvis behöver vara plana men de skall ansluta mot varandra så att de kan upptaga uppträdande krafter under gjutningsförfaran- det.

TEKNIKENS TIDIGARE STÅNDPUNKT Matriser, av hithörande slag, är framställbara genom att láta metallbelägga en master eller ett original, med en yttillde- lad positiv mikrostruktur, med ett metallskikt eller -lager, avlägsna metallskiktet, med en negativ mikrostruktur, från mastern, som därigenom bilda en metallplât, som får tjäna som en matris i den formpressande, präglande och/eller formspru- tande maskinen.

Vid replikeringar av mikrostrukturer pà plastdetaljer fram- ställda i en maskin, av inledningsvis angiven beskaffenhet, så är det känt att först làta tillverka ett original eller en master pà ett lämplig sätt och frán denna master låta till- verka en maskintillhörig matris.

Ett känt sätt att láta framställa en master innebära ett ut- 10 15 20._ "av en skiva av kisel, glas eller kvarts, medan för en 25 30 35 512 986 3 nyttjande utav litografiska metoder.

Det är härvid fördelaktigt att låta välja sådana litografiska metoder som har utvecklats för att i första hand komma till användning inom det mikroelektriska området.

En av dessa metoder bygger på att på en yta för ett halvled- ande material låta utföra etsningar och/eller deponeringar.

Andra metoder bygger på att låta avlägsna materialdelar med hjälp av en laser, s.k. laserablation, med hjälp av traditio- nella NC-maskiner, med hjälp av en precisionsstyrd diamant- fräs med höghastighetsspindel, med hjälp av tråd- eller sänkgnistning och/eller annan lämplig metod.

Sådana original eller masters tillverkas vanligtvis i ett för en vald bearbetningsmetod lämpligt material. _För litografiska processer utgöres således materialet oftast laserablation väljes materialet oftast av en skiva av en plastkomposit och/eller en polymer.

Vid metallbearbetning kan såväl plast som mjukare metaller vara lämpliga.

Det är nu väl känt att en vald replikeringsprocess krav på ett visst materialval i matrisen och plastdetaljen inte är samma som de krav som måste ställas på originalet eller mastern.

Sålunda kan nämnas att vid en formsprutning i en maskin av sådana plastdetaljer, där en eller flera ytpartier skall upp- visa en mikrostruktur, så måste maskintillhöriga formhalvor och utnyttjad, en eller båda formhalvorna tillhörig, matris vara gjorda i ett stabilt material, som tål de höga tryck som är verksamma under framställningsförloppet och som inte slits --.---, - [___ _'_._. 10 15 zoo 25 30 35 512 986 4 ned onödigt fort av de termiska och mekaniska slitage som formdelarna och matrisen utsättes för under gjutningsför; farandet.

Det är härvid känt att låta tillverka dylika matriser, fram- förallt utnyttjade matriser inom mikrosystemsammanhang, genom att låta överföra en masters form och ytstruktur till en som en matris formad metallskiva.

En sådan tillverkning bygger pà att först framställa en mas- ter pà en yta för en glasskiva, en halvledande skiva eller en metallskiva, belägga ytan med ett ljuskänsligt skikt samt via laser eller liknande exponera utvalda ytavsnitt av detta ljuskänsliga skikt samt tvätta bort och rengöra dessa utvalda ytavsnitt.

På denna exponerade och rengjorda yta appliceras ett metal- lager, via ett sputtringsförfarande, ett föràngningsförfar- ande vid behov, och/eller via ett pläteringsförfarande under Så làng tid att en metallskiva bildas.

När metallskivan avlägsnats fràn mastern uppvisar den en första yta med en negativ mikrostruktur och kan tjäna som matris efter en ytterligare bearbetning, en planande bear- betning, av en mot formhalvan i maskinen vettande, andra yta.

Detta är för övrigt den metod som för närvarande användes vid en tillverkning av en i en formsprutande maskin ingående mat- ris, anpassad för en framställning av optiska skivor.

Via sputtringsförfarande och/eller förángningsförfaranden är det känt att kunna belägga en som master eller matris tjänan- de elektriskt isolerande skiva med en mikrostruktur med ett tunt metallager.

Via ett pläteringsförfarande är det känt att kunna belägga en som master eller matris tjänande elektriskt ledande skiva eller skikt med en mikrostruktur med ett betydligt tjockare 10 15 20. 25 30 35 512 986 s metallager. ._ Via en pläteringsprocess är det känt att låta belägga en som matris avsedd skiva med ett tunt elektriskt ledande skikt, såsom av nickel, silver, guld eller liknande.

Det är härutöver vanligt att låta ett applicerat metallskikt kontakteras och låta en skiva sänkas ned i en lösning, bestå- ende av bl.a. metalljoner, varvid en ström får nu drivas genom lösningen mot skivan eller masterenheter och metall- joner fås att fällas ut som en ren metall på ytan. På detta sätt kan en struktur, med den inversa funktionen av mikro- strukturen på mastern, tillverkas i metallen ifråga.

Det har visat sig att för mera plana strukturer blir den ovan angivna metoden enkel att använda och speciellt när djupet pá mikrostrukturen är begränsat till och valt mindre än cirka 0,2 um.

ADet har här visat sig att en sådan metalluppbyggnad på en masters mikrostruktur uppvisande yta, för att bilda en mat- ris, ger av mikrostrukturen beroende mindre defekter eller oregelbundenheter på baksidan av matrisen och att en sådan baksida kräver en planande efterbearbetning, för att matri- sens baksida skall kunna få en god anliggning mot en plan yta bildad på sin formhalva i den utnyttjade maskinen.

Praktiska tillämpningar visar på att för djupa strukturer i mikrostrukturen för mastern så kommer mönstret för mastern att slå igenom kraftigt på baksidan matrisen eller metallplå- ten.

Det är emellertid känt olika åtgärder för att söka eliminera detta problem.

En första åtgärd är att via pläteringsförfarandet eller annat . i ¶ m m. .- im» x mmm 10 15 2,0 25 30 35 512 986 6 likvärdigt förfarande låta belägga ett ordentligt tjockt skikt av metall, så att därigenom den som matris tjänande plåten blir stabil och kan sättas in i en baksidan planande utrustning och i denna utrustning låta plangöra den metallis- ka baksidan av matrisen med hjälp av en mekanisk bearbetning, såsom slipning, polering och/eller läppning.

Förfarandet att låta belägga ett ordentligt tjockt skikt av metall, såsom vid djupare strukturer utav mikrostrukturen, tar förhållandevis lång tid, såsom 10-20 timmar för ett antal mm platerad nickel.

Därutöver tar det rätt lång tid att låta slipa och/eller pol- era ned och plana den metalliska baksidan. Dessutom ställs höga krav på att adhesionen mellan masterns mikrostruktur och det ledande metallskiktet i matrisen motstår de spänningar som byggts in i gränsskiktet dem emellan.

Användandet utav tillgängliga slip- och/eller polerutrust- ningar, för att plangöra den metalliska baksidan, ställer också stora krav på att mastern i sig är stabil.

Det är också känt olika metoder för att kunna motverka prob- lemet med en defekt eller oregelbunden och ojämn baksida genom att låta använda olika förfaranden vid pläteringen, för att därigenom kunna få en utjämning utav tillväxten av me- tallskiktet mot en plan metallisk baksida.

En sådan metod är tidigare känd, där ett pulsat fält utnytt- jas istället för en DC-ström med konstant fält.

Principiellt tar tillväxten av ett metallskikt med ett pulsat fält längre tid än vid DC-ström.

Denna metod ger, vid anpassade parametrar och kemisammansätt- ningar, en benägenhet att låta belägga och bygga upp de djupa mikrostrukturdelarna snabbare än de grunda, vilket gör att de djupa strukturerna växer igen och den metalliska baksidan , 'fx 10 15 20 25 30 35 512 986 7 blir förhållandevis plan.

Praktiska erfarenheter talar dock för att även här måste den metalliska baksidan fortfarande bearbetas plan genom att slipas, poleras och/eller läppas.

Vad avser tidsåtgången för de båda metoderna med pulsat fält och med konstant fält kommer beläggningstiden vid den första metoden att bli längre än för den senare medan tidsåtgången för den planande bearbetningen blir kortare för den första metoden än för den andra metoden. nznocönznsz rön FönELIccANnE UPPFINNING TEKNISKT PROBLEM Beaktas den omständigheten att de tekniska överväganden som en fackman inom hithörande tekniskt område måste göra för att kunna erbjuda en lösning på ett eller flera ställda tekniska problem är dels initialt en insikt i de åtgärder och/eller den sekvens av åtgärder som skall vidtagas dels ett val av det eller de medel som erfordras och med ledning härav torde de efterföljande tekniska problemen vara relevanta vid fram- bringandet av föreliggande uppfinningsföremål.

Under beaktande av teknikens tidigare ståndpunkt, såsom den beskrivits ovan, torde det framstå såsom ett tekniskt problem att kunna anvisa ett enkelt förfarande för att låta framstäl- la en matris, anpassbar för att kunna komma till användning vid en formpressande, präglande och/eller formsprutande maskin, där matrisen är försedd med en yttilldelad negativ mikrostruktur och vilken mikrostruktur i maskinen är avbild- bar som en positiv mikrostruktur på ett ytparti för en fram- ställd plastdetalj, via en utnyttjad plastkomposit eller ett utnyttjat plastmaterial, och därmed skapa en prisbillig mat- ris med en skarp mikrostruktur.

Det ligger också ett tekniskt problem i att med enkla medel kunna skapa sådana förutsättningar att nämnda matris kan 10 15 20 25 30 35 512 986 8 tilldelas en mikrostrukturrelaterad första slityta, bildad på ett första slitskikt, med en anpassbar och med en förhållan- devis hög nötningsbeständighet.

Det är även ett tekniskt problem att med enkla medel och åt- gärder kunna skapa sådana förutsättningar att matrisen skall kunna byggas upp av i vart fall två skikt, ett tunt första slitskikt, uppvisande nämnda mikrostrukturrelaterade yta och ett detta tunna slitskikt uppstyvande skikt, ett tjockare skikt, som i det efterföljande kommer att benämnas bärorgan.

Det är därutöver ett tekniskt problem att med enkla åtgärder kunna skapa sådana förutsättningar att det första tunna skiktets material och det tjocka skiktets eller bärorganets material skall kunna väljas med sådana egenskaper och/eller tjocklekar att de kan uppfylla på förhand bestämda krav och förutsättningar.

Det är vidare ett tekniskt problem att kunna inse betydelsen utav och fördelarna förknippade med att låta nämnda matris få 'vara framställbar genom att metallbelägga en master, med en yttilldelad positiv mikrostruktur, medelst en metallbeläggan- de process och belägga det tunna metallskiktet med en plast- komposit, för att bilda nämnda bärorgan.

Det är ävenledes ett tekniskt problem att med enkla medel och åtgärder kunna framställa en, huvudsakligen eller uteslutande av en plastkomposit formad, matris, användbar i en maskin, där tiden för framställningen utav matrisen från en master avsevärt förkortats, bl.a. genom att helt kunna eliminera eller i vart fall avsevärt reducera tiden för att bilda en plan av plastkompositen formad baksida för en matris och vilken baksida skall kunna anligga tätt emot den ena av de två formhalvorna i maskinen.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- delsen utav att för framställningen utav matrisen låta ut- 10 15 n,20j 25 30 35 512 986 9 nyttja en master, och till dess yttilldelade positiva mikro- struktur låta applicera ett tunt lager av metall och att_ tillåta nämnda metallager att på baksidan mikrostrukturen få uppvisa mot mikrostrukturen väsentligen svarande ojämnheter och att därvid inse fördelarna med att låta fylla nämnda ojämnheter med en stödjande plastkomposit och som efter härdning bildar ett stödjande, som ett skikt format, bär- organ, istället för att bygga upp hela matrisen med ett tjockt metallager.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- delsen utav att låta en sådan påfyllning utav en vald plast- komposit och bildandet av bärorganet få ske i ett speciellt formrum.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- delsen utav och fördelarna förknippade med att låta välja nämnda plastkomposit och därmed bärorganet från en blandning av ett plastmaterial eller polymert material med ett fyllande material, såsom en kvarts- eller metallfylld epoxi- eller_ silikonpolymer. I ' D l V 7 I Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- delsen utav och fördelarna förknippade med att låta välja ut- nyttjad plastkomposit och därmed bärorganet med en längdut- vidgningskoefficient och/eller värmeöverförande förmåga och/eller värmekapacitiv förmåga som är anpassad för en vald process i och utföringsformen för den utnyttjade maskinen.

Det ligger också ett tekniskt problem i att för denna till- lämpning låta utnyttja en speciellt vald härdningsprocess, för att därigenom kunna tilldela den valda plastkompositen en av tillämpningen beroende hårdhet och/eller härdningstid, ge- nom att låta tillföra värme till valda partier för plastkom- positen eller -massan och/eller belysa plastkompositen eller -massan medelst UV-ljus, alternativt låta plastkompositen få vara vald som två-komponenttyp. :min . m» 10 15 20 25 30 35 512 986 10 Det ligger ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta anpassa ett första slitskikt och/eller ett metallager tunt och att välja plastkompositen och därmed_bär- organet med en låg värmeöverförande förmåga, för att därmed kunna hålla den frampressande plastmassan varm inom maskinen och mellan formdelarna.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- delsen utav och fördelarna förknippade med samt de dimensio- neringsregler som krävs för att låta applicera ett andra slitskikt på den från metallagrets mikrostrukturförsedda yta vettande ytan för bärorganet.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- delsen utav att här låta välja nämnda andra slitskikt från ett material, som uppvisar egenheterna av låg friktion mot den formhalvan tillhöriga plana ytan och hög slitagetålighet, såsom titannitrid eller DLC (Diamond-Like-Carbon).

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- 'delsen utav att låta nämnda tunna metallager få appliceras till mastern eller originalet, när detta består av ett icke elektriskt ledande material, via ett sputtrings- och/eller förångningsförfarande och när detta består av ett elektriskt ledande material eller ett applicerat tunt metallskikt, via ett pläteringsförfarande.

Det ligger också ett tekniskt problem i att i beroende av den aktuella tillämpningen i den formsprutande maskinen låta välja metallagrets tjocklek inom på förhand bestämda gränser.

Det ligger också ett tekniskt problem i att kunna inse bety- delsen utav och fördelarna förknippade med att låta skapa sådana förutsättningar att en planande bearbetning av mat- risens och bärorganets baksida avsevärt förenklas och/eller helt elimineras. - -w- --- - ...,-~ -«--- »-:-..~_.-- w-q __.~~ -_.-.,_._ _ _. ti., _. .___...---.-- .-.--. - - ..~ -- í-w . 1! 10 15 20 25 30 35 512 986 11 Lösunzcsn För att kunna lösa ett eller flera av de ovan angivna teknis- ka problemen utgår nu föreliggande uppfinning i från ett_för- farande för att kunna framställa en matris, försedd med en yttilldelad negativ mikrostruktur och vilken mikrostruktur i en formsprutande maskin är avbildbar som en positiv mikro- struktur pà en framställd plastdetalj, från en plastkomposit eller ett plastmaterial.

Uppfinningen bygger på att nämnda matris skall vara fram- ställbar genom att låta belägga en master eller ett original, med en yttilldelad positiv mikrostruktur, med ett täckande material.

Förfarandet enligt uppfinningen anvisar nu speciellt på att till nämnda masters yttilldelade positiva mikrostruktur app- liceras ett, som en första slityta tjänande, tunt slitskikt eller -lager, varvid nämnda lager kommer att uppvisa mot mikrostrukturen väsentligen svarande ojämnheter, och att nämnda ojämnheter därefter fylls med en plastkomposit, för_ att bilda ett bärorgan för det första slitlagreti Såsom föreslagna utföringsformer, fallande inom ramen för uppfinningsförfarandet, anvisar uppfinningen att pàfyllningen av nämnda plastkomposit, för att utjämna nämnda ojämnheter, skall ske i ett formrum.

Vidare anvisas att plastkompositen och därmed bärorganet skall väljas fràn ett polymert material och ett fyllande material, såsom en kvarts- eller metallfylld epoxi- eller silikonpolymer.

Vidare anvisas att plastkompositen och därmed bärorganet skall kunna väljas med en längdutvidningskoefficient och/eller värmeöverförande förmåga och/eller värmekapacitiv förmåga anpassad för en vald process i och konstruktionen för en utnyttjad maskin. šmí . ||.. .i 10 15 20 25 30 35 512 986 12 Vidare anvisas att plastkompositen skall, på ett för form- sprutningen anpassat lämpligt sätt, härdas, såsom genom en tillförsel av värme och/eller belysning medelst UV-ljus.

Plastkompositen skulle även kunna vara vald som tvà-kompo- nenttyp.

Vidare anvisar föreliggande uppfinning att en plastkomposit och därmed bärorganet, belägen under ett hårt, som en första slityta tjänande, slitskikt, skall väljas med en anpassad värmeöverförande förmåga och/eller en anpassad värmekapacitiv förmåga, för att därmed kunna hålla en frampressande plast- massa inom maskinen varm, samtidigt som korta cykeltider erhålles.

Uppfinningen anvisar ävenledes att nämnda plastkomposit och därmed bärorganet skall kunna beläggas med ett andra slit- skikt på den från den första slitytan vettande ytan, för att därigenom làta förstärka matriskonstruktionen mot nötnings- skador.

Nämnda andra slitskikt skulle t.ex. kunna utgöras utav titan- nitrid eller DLC.

Uppfinningen anvisar vidare att nämnda tunna första slitskikt mycket väl kan utgöras av ett metallager och att detta metal- lager skall appliceras via ett sputtringsförfarande och/eller ett förångningsförfarande alternativt ett pläteringsförfar- ande.

Vidare anvisar uppfinningen att det första slitskiktets, såsom metallagrets, tjocklek skall väljas med omsorg och i beroende av tillämpning och formsprutmaskinen konstruktion.

Uppfinningen anvisa även en matris, som är anpassad för att kunna komma till användning vid en formpressande, präglande och/eller formsprutande maskin. 10 15 w_ 25 30 35 512 986 B Speciellt anvisar uppfinningen att en matrisens mikrostruktur uppvisande yta skall med fördel kunna utgöras utav ett tgnt första slitskikt, såsom ett metallskikt, och att detta första slitskikt bör vara understött av ett bärorgan.

Såsom föreslagna utföringsformer, fallande inom ramen för uppfinningstanken, anvisas att bärorganet med fördel skall utgöras utav ett tjockt plastkompositlager.

Sålunda föreslås att bärorganet skall utgöras av en plastkom- posit i form av ett polymert material blandat med ett fyllan- de material, såsom en kvarts- eller metallfylld epoxi- eller silikonpolymer.

Vidare anvisas att bärorganets skall utgöras av ett plast- komposit med en längsdutvidgningskoefficient och/eller en värmeöverförande förmåga och/eller en värmekapacitiv förmåga anpassad till en vald process och en vald utföringsform för den formsprutande maskinen.

Speciellt anvisas att bärorganet skall få utgöras av en plastkomposit, som är härdbar genom att tillföra värme och/eller belysning medelst UV-ljus, alternativt kan plastkompositen bestå av två-komponenttyp.

Bärorganet och det tjocka plastkompositlagret kan också ut- göras utav en plastkomposit med utpräglad låg värmeöverför- ande förmåga. främst ur nötningssynpunkt, förstärkt och detta kan då ske med hjälp av ett andra slitskikt på den från metallagrets yta vettande Speciellt anvisas att bärorganet skall kunna vara, ytan.

Det förstärkande andra slitskiktet kan här utgöras av titan- nitrid eller DLC. 10 15 20 25 30 35 512 986 14 FÖRDELAR De fördelar som främst kan få anses vara kännetecknande_för ett förfarande, för att framställa en, för en formpressande och/eller formsprutande maskin anpassad, matris, i enlighet med föreliggande uppfinning, är att härigenom har det skapats förutsättningar för att åstadkomma ett enkelt framställnings- förfarande av matrisen, genom att låta applicera ett tunt första slitskikt mot en masters yttilldelade positiva mikro- struktur och därefter applicera en plastkomposit, så att slitskiktets ojämnheter fylles ut, för att bilda ett bäror- gan; Härigenom elimineras, eller i vart fall väsentligen förenk- las, kravet på en planande bearbetning av matrisens plastbe- stàende bakyta, så att en plan matristillhörig yta skall kunna anligga mot en plan stödyta för en formkropp d en ut- nyttjad maskin.

Vidare erbjudes en möjlighet till en anpassning av värmeöver- _föring och/eller värmekapacitet hos matrisen på så sätt att den ökar replikeringsförmågan inom framställningsprocessen, såsom präglingsprocessen och/eller formsprutningsprocessen, genom att det formande plastmaterialet ej fryser till så snart den möter matrisens mikrostrukturtillhöriga yta utan kan bibehålla flytegenskaperna tillräckligt länge för att replikera den matristillhöriga mikrostrukturen effektivt mot den formade plastdetaljen.

Den enligt uppfinningen anvisade matrisen erbjuder en möjlig- het att avsevärt kunna reducera tjockleken för ett utnyttjat första slitskikt, såsom av metall, och erbjuder, genom ett val av en stödjande plastkomposit för formande av ett bäror- gan, en möjlighet att bilda en anpassad bäryta, eventuellt med en slityteförstärkning, och som kan tjänstgöra såsom en värmeisolering och/eller värmekapacitet mellan en frampressad varm plastmassa och den matristillhöriga formdelen. 10 15 20 512 986 w Det som främst kan få anses vara kännetecknande för ett för- farande, i enlighet med föreliggande uppfinning, anges i det efterföljande patentkravets 1 kännetecknande del och det som främst kan få anses vara kännetecknande för en matris, enligt föreliggande uppfinning, anges i det efterföljande patentkra- vets 13 kännetecknande del.

KORT FIGURBESKRIVNING En för närvarande föreslagen utföringsform utav en formsprut- ande maskin, i vilken en för uppfinningen signifikativ matris skall kunna komma till användning, och ett förfarande för denna matris framställning samt en matris sålunda framställd, med de för uppfinningen signifikativa särdragen, skall nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, där; ' visar i sidovy schematiskt en del av en form- sprutande maskin, med utnyttjande två formhal- vor intagande ett med varandra samverkande figur 1 läge, figur 2 visar maskinen enligt figur 1 i ett läge där en uppvärmd plastmassa i form av en plastkom- posit pressas genom en fast formhalva till ett, mellan två formhalvor bildat, utrymme, för en pressgjutning av en plan plastdetalj, figur 3 visar den formsprutande maskinen när en rörlig formhalva förskjutits ett stycke ifrån en fast formhalva och den formade plana plastdetaljen avlägsnats ifrån den rörliga formhalvan, figur 4 visar i perspektivvy en matris, som är in- placerbar i den rörliga formhalvan, och som 10 15 figur figur figur figur figur 512 986 uppvisar en mikrostruktur, med mikrostrukturen förenklat visad i en förstorad delvy, utan krav på skalenlighet, _16.. visar i sidovy och snitt ett exempel pà ett förfarande för att låta framställa en matris av en tidigare känd konstruktion, visar i sidovy och i snitt ett exempel på ett förfarande för att låta framställa en enligt uppfinningen anvisad matris, visar ett delsnitt utav en enligt uppfinningen framställd matris i en första utföringsform, visar ett delsnitt utav en enligt uppfinningen framställd matris i en andra utföringsform och visar utnyttjandet utav ett formrum, för att framställa en matris med en plan bakyta.

Brsxnrvuxnc övrn Nu r-'önzsmcsu urrönmcsronn Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för att kunna framställa en för en formpressande, formpräglande och/eller formsprutande maskin 1 anpassad matris 2.

Denna matris 2 är försedd med en yttilldelad negativ mikro- struktur,2a och vilken mikrostruktur 2a i den formsprutande maskinen l är avbildbar i en plastdetalj 3, formad av ett plastmaterial, som en positiv mikrostruktur 3a.

Förfarandet för att låta framställda nämnda matris 2 kommer att närmare beskrivas med en hänvisning till figur 6.

Den efterföljande beskrivningen utgàr, i ett förenklande syfte, ifrån att endast den rörliga formhalvan är försedd med 10 15 20, 25 iso 35 _l7_ 512 986 en matris 2 med en mikrostruktur 2a, men en i denna teknik insatt person inser att även den fasta formhalvan skulle_ kunna vara försedd med en sådan matris.

Med hänvisning till figurerna 1 - 3 visas således där sche- matiskt en formsprutningsmaskin l, försedd med en utstötar- stång la, ett antal (tre) utstötarpinnar lb, en rörlig form- halva lc och en fast formhalva ld.

Ett rum le, med en form anslutande sig till formen för en genom formsprutningen formad, plan plastdetalj 3, är bildat mellan den rörliga formhalvan lc och den fasta formhalvan ld och uppvisar ett rumsintag lf i form av ett inlopp.

Figur l illustrerar vidare utnyttjandet utav en torped lg, en cylindervägg lh, ett uppvärmningselement li, en sprutkolv lj samt en pàfyllningstratt lk för granulat eller pulver lm.

Med hänvisning till figur 2 illustreras hur en uppvärmd och _ flytande plastmassa eller plastmaterial 4 omsluter torpeden lg och pressas av en kolv lj igenom rumsintaget lf och inui rummet le med formhalvorna lc, ld intagande det i figur 1 visade sammanförda läget.

I figur 3 visas att den rörliga formhalvan lc bringas till ett ifran formhalvan ld anpassat läge och med hjälp av utstötarstången la samt utstötarpinnarna lb släpper den plana plastdetaljen 3 den rörliga formen lc och plastdetaljen 3 faller ur formhalvan lc.

Med hänvisning till figur 4 visas där i en perspektivvy och mycket förenklat en som en platta formad matris 2 och som är försedd med en uppåt vettande yttilldelad mikrostruktur 2a.

Denna mikrostruktur är vanligtvis mycket komplex men en ytterst förenklad utföringsform utan krav pà skalenlighet är förstorat illustrerad i figur 4. - - --_~~v. _-v-.-,- '.-=...__ Mk in: n 10 15 _r2o 25 30 35 51 2 9í36 I förenklande och förtydligande syfte kommer den efterfölj- ande beskrivningen endast att omfatta en första mikrostruk- _ 13 _ turtillhöriga förhöjning 21, en mellanliggande mikrostruktur- tillhöriga fördjupning 22 och en andra förhöjning 23.

Matrisen 2 är således försedd med en yttilldelad negativ mikrostruktur 2a.

Matrisen 2 består utav en skiva eller en platta, med en plan underyta 2b, vanligtvis en plant bearbetad yta 2b, och som vilar mot en plan stödyta lc' i den rörliga formhalvan lc.

Det är härvidlag viktigt att en plan matristillhörig yta 2b är anpassad att kunna vila mot en plan, formhalvan lc till- hörig, yta lc' eller motställda krökta ytor, så att matrisen 2 kan motstå de tryckkrafter som kommer att verka under ett framställningsförfarande, såsom ett sprutningsförfarande.

Med hänvisning till figur 5 visas där ett tvärsnitt utav en del utav en känd matris 2 och där tvärsnittet lagts genom förhöjningarna 21 och 23 och förajupningen 22.

Den kända metoden, enligt figur 5, utgår ifrån att låta nämnda matris 2 få bli framställbar genom att på känt sätt låta metallbelägga en metallyta för en master, med en yttilldelad positiv mikrostruktur, bland annat genom att enbart utnyttja en pläteringsprocess.

Genom denna pläteringsprocess, eller motsvarande process, byggs metallager på metallager upp på masterns 5 mikrostruk- turtillhöriga ytparti 5a, så att ett första metallager kommer att kunna täcka även en lägsta punkt i ytpartiets Sa mikro- struktur.

Enär en sådan pläteringsprocess ger ett metallager, vars övre yta kommer att vara oregelbunden med anledning av ytstruktu- ren 5a, krävs att pläteringsprocessen får fortsätta med att överföra metallager på metallager med en sammanslagen tjock- 10 15 20 25 30 35 512 986 _ 19 _ lek som över hela ytan kommer att överstiga ett på förhand bestämt värde, eller ett plan dom betecknatd 6 i figur 5; Den tidigare kända metoden kräver nu praktiskt att allt det metallmaterial som placerats över ytan 6, tilldelat hänvis- ningsbeteckningen 6a, måste slipas bort, på ett eller annat sätt.

Pläteringsförfarandet för så tjocka lager som det här är fråga om tar mycket lång tid tillika med att planslipningen ned mot planet 6 av överskottsmaterialet 6a i form av metall ävenledes tar lång tid.

Föreliggande uppfinning utnyttjar ävenledes en, för en fram- ställning av en matris 2 avsedd, master 5, som skulle kunna vara framställd pà samma sätt som mastern 5 i figur 5.

Enligt föreliggande uppfinning skall dess yttilldelade posi- tiva mikrostruktur Sa täckas av ett tunt första slitskikt eller -lager 7, enligt figur 6.

Detta tunna första slitskikt 7 skall uppvisa en yttre första slityta 7a. flytande varma plastmaterialet skall pressas och mot vilken (Med slityta 7a menas här en yta mot vilken den slityta plastdetaljen 3 skall formas innan den matas ur form- halvorna lc, ld).

Detta slitskikt 7, göras så tunt, som bildar den första slitytan 7a skall nu säg upp till 2 um, att den kommer att uppvisa en negativ yttre mikrostruktur 2a svarande direkt mot den positiva mikrostrukturen Sa för mastern 5.

Fackmän inom detta område är väl medvetna om att här utnytt- jade metoder och förfaranden ger olika tjocklek pà skiktet 7 och det gäller att välja tjocklek och förfarande som tillför- säkrar att omràdet mellan förhöjningar hálles öppna.

Detta första slitskikt 7 skulle kunna utgöras av en plastkom- 10 15 20 25 30 35 512 986 - 20 - posit eller annat hårt material men den efterföljande be- skrivningen avser att illustrera detta tunna första slitskikt 7 som ett metallskikt eller -lager.

Applicerandet av detta metallskikt 7 kan ske medelst känd teknik, såsom sputtrings- eller förångningsförfarande, mot en icke ledande masterplatta 5.

Figur 6 avser att illustrera att detta tunna metallskikt 7 skall appliceras för att exakt kunna täcka hela den mikro- strukturen tilldelad yta 5a med ett tunt metallskikt.

Enligt uppfinningens förutsättningar så kommer nu nämnda tunna metallagers 7 inre eller övre yta i figur 6 att uppvisa mot mikrostrukturen 5a väsentligen svarande ojämnheter 7b.

Nämnda ojämnheter 7b skall, enligt uppfinningen, i ett andra steg fyllas med en vald plastkomposit 8'. Plastmassan för denna plastkomposit 8' skall vara varm och lättflytande, så »att den kommer att kunna täcka alla fördjupningar 22 och fylla upp alla förhöjningar 21, 23 och att plastkompositen_ kan bilda en plan övre yta 8a.

Figur 6 anser att illustrera den utföringsformen där en pà- fyllning utav en plastkomposit 8' för att bilda ett bärorgan 8 sker så att en liten andel 8a' kommer att bli belägen över planet 6 och en tänkt plan yta 8a och det överskjutande plastmaterialet 8a' kan nu enkelt avlägsnas genom ett meka- niskt planingsförfarande.

Matrisen 2, i form av ett bärorgan 8 och en tunn första slit- yta 7a, lyftes ur eller ifrån masterenheten 5 och appliceras i den rörliga formhalvan lc, så att ytan 2b (6) anligger mot ytan 1c'. 6 Uppfinningen bygger också på att en påfyllning utav en plast- komposit 8' för att bilda ett bärorgan 8 mycket väl kan ske under tryck i ett formrum och på ett sådant sätt att en bear- 10 15 20 , 25 30 35 _ 21 _ 512 986 betning utav baksidan icke blir erforderlig.

En närmare beskrivning över detta tredje steg i framställ- ningsprocessen sker i anslutning till figur 9.

Tack vare anvisningen att låta utnyttja en plastkomposit 8' och ett därav format bärorgan 8 erbjudes många möjligheter till anpassning; Det är väl känt att olika polymera material och blandningar därav blandat med olika fyllande material och blandningar därav ger olika egenskaper och att därutöver vald härd- ningsprocess och härdningstid påverkar plastkompositens slutliga egenskaper.

Dessa kända anvisningar erbjuder en rad olika möjligheter tillämpade på en matris enligt uppfinningen.

Sålunda blir det möjligt att låta välja en plastkomposit 8' från ett polymert material blandat med ett fyllande material, såsom en kvart- eller metallfylld epoxi- eller silikonpoly- IIIBI' .

Vidare föreslår föreliggande uppfinning att plastkompositen 8' och ett därav format bärorgan 8 kan väljas med en längdut- vidgningskoefficient och/eller en värmeöverförande förmåga och/eller en värmekapacitiv förmåga, som är anpassad för en vald process och/eller beskaffenheten av den utnyttjade maskinen.

Plastkompositen 8' kan väljas att härda genom en tillförsel av värme och/eller genom en belysning medelst UV-ljus. Med fördel skall dessa härdningsmöjligheter utnyttjas på så vis att därmed kan man anpassa erforderlig härdningsgrad och styvhet hos plastkompositen.

Intet hindrar att låta utnyttjad plastkomposit få vara vald av tvá-komponenttyp. -----, »_ f---~-_f~<»_--¿-----~r~fr--.-_--fl-~»._.. _ .____._. . . _ .. _. _ _ __ __ _ -.__~.- _-,--.--. .

J Mamman 10 15 20 25 30 35 512 986 -22- Figurerna 7 och 8 avser att illustrera att om en vald plast- komposit 8' för att bilda ett bärorgan 8, beläget under det hårda, som en första slityta 7a tjänande, metallskiktet 7, väljes med en anpassad låg värmeöverförande förmåga och/eller en anpassad hög värmekapacitiv förmåga så kommer därigenom denna plastkomposit 8' och bärorganet 8 att kunna tjäna såsom en värmeisolering mot formhalvan lc, för att därmed kunna hålla det frampressade plastmaterialet inom maskinen varm under den tid det tar att utbilda mikrostrukturmönstret 3a i plastdetaljen 3.

I många tillämpningar krävs, för en exakt mikrostrukturre- laterad överföring, att värmen och temperaturen hos ett frampressat plastmaterial kvarhàlles i plastmaterial, utan att alltför snabbt passera över till formhalvan lc.

Uppfinningen anvisar ävenledes att nämnda matris 2, vilket figurerna 7 och 8 visar, belägges med eller appliceras till ett andra slitskikt 9 med en andra slityta 9a. Detta skikt 9 belägges på den från metallagret 7 vettande ytan 8a för bär- organet 8 och kan utgöras utav ett slittàligt skikt och/eller ett värmeisolerande skikt.

Detta andra slitskikts 9 egenskaper skall vara att uppvisa en slityta 9a med en låg friktion mot formhalvans lc yta lc' och hög nötningsbeständighet, enär trycket mellan matrisen 2 och formhalvan lc är stort under gjutningsförfarandet och värmespänningar tenderar att förskjuta matrisen 2 relativt formhalvan lc.

Det andra slitskiktet 9 kan här med fördel utgöras utav titannitrid eller DLC (Diamond-Like-Carbon).

Intet hindrar att för vissa tillämpningar låta ett valt mate- rial för det andra slitskiktet 9 ävenledes få utgöra material för det tunna första slitskiktet 7a med ett av plast format bärorgan 8 placerat däremellan. 10 15 20 25 30 35 512 986 - 23- Det tunna metallagret 7 kan appliceras via ett sputtringsför- farande och/eller ett förångningsförfarande alternativt ett pläteringsförfarande.

Med hänvisning till figur 8 visas där en alternativ ut- föringsform, med ett nötningsbeständigt andra slitskikt 9, ett av en plastkomposit 8' format bärorgan 8 och ett tunt första slitskikt, i en form av ett metallskikt 7, där en fördjupning 22 tilldelats den i figur 4 visade dimensionen, medan en intillvarande fördjupning 24 valts betydligt djupare än fördjupningen 22, dock utan att därför behöva frångå de med uppfinningen signifikativa egenheterna.

Vidare kan ett bärorgan 8 med en bäryta 8b för det tunna första slitskiktet 7 och/eller detta skikt 7 utgöras av en plastkomposit 8' med en längdutvidgningskoefficient och/eller en värmeöverförande förmåga och/eller en värmekapacitiv förmåga anpassad till en vald process och/eller till den aktuella utföringsformen av den_utnyttjade formsprutande maskinen; Bärorganet 8 kan även utgöras av en plastkomposit som kan tilldelas olika härdbarhet genom att tillföra olika grad av värme och/eller belysning medelst UV-ljus.

Bärorganet 8 kan ävenledes utgöras att ett material med låg värmeöverförande förmåga och hög värmeisolerande och/eller värmekapacitiv förmåga.

Intet hindrar att förstärka bärorganet 8 med i och för sig kända medel. Sålunda kan bärorganet 8 få vara förstärkt med ett ytterligare slittàligt skikt 9, på dess från metallagrets yta 7 vettande yta. Även om uppfinningen beskrivits i det ovanstående utförings- exemplet så att ett tunt slitskikt 7 skall stödjas av ett tjockare plastskikt eller bärorgan 8 så kan i vissa tillämp- 10 15 20 25 30 35 512 986 _24- ningar det vara lämpligt att bilda både dessa slitskikt fràn ett och samma plastmaterial. __ Intet hindrar att låta slitskiktet 7 få härda först, gärna med en hög härdningsgrad, och det stödjande plastskiktet eller bärorganet 8 senare, med en lägre härdningsgrad.

Med hänvisning till figur 9 visas där en möjlighet att till ett formrum 90 i form av en gjutform 91 applicera plastkompo- siten 8' genom ett övertryck fràn en kolv 92, så att bärorga- nets 8 yta Ba blir plan av gjutformens 91 ytavsnitt 91a.

Denna plana yta 8a kan nu applicerad direkt mot formhalvans lc stödyta lc'.

När det gäller skiktets 7 tjocklek är en grundregel att det skall vara så tjockt att det inte kollapsar eller spricker sönder under ett valt antal gjutningsprocesser. Praktiskt innebär detta en tjocklek av l-5 um.

Mera generellt torde det vara lämpligt att låta välja tjockleken mellan 1 och 50 um, företrädesvis under 20 um.

Vissa tillämpningar kan dock accepteras så tunna skikt som ca 0,1 um beroende bl.a. på valt material i bärorganet 8.

Slitskiktet 9 kan väljs till en tjocklek av mellan 1 och 50 um, företrädesvis under 20 um.

Mikrostrukturen 2a kan ha en djupvariation mellan 0,1 och 1000 um, företrädesvis över 100 um.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel angivna utföringsformen utan kan genomgå modifikatio- ner inom ramen för uppfinningstanken definierad i efterfölj- ande patentkrav.

Claims (1)

10 15 20 25 30 35 512 986 _25_ Patentkrav. ._ l. Förfarande för att framställa en matris, försedd med en yttilldelad negativ mikrostruktur och vilken mikrostruktur i en utnyttjad maskin är avbildbar i ett plastmaterial som en positiv mikrostruktur, varvid nämnda matris är framställbar genom att låta belägga en master, med en yttilldelad positiv mikrostruktur, med ett skikt, k ä n n e t e c k n a tg där- av, att till nämnda masters yttilldelade positiva mikrostruk- tur appliceras ett tunt, som ett första slitlager tjänande, slitskikt, varvid nämnda skikt kommer att uppvisa mot mikro- strukturen väsentligen svarande ojämnheter och att i vart fall nämnda ojämnheter fylles med en plastkomposit för att bilda ett bärorgan.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t därav, att pàfyllningen av nämnda plastkomposit sker i ett formrum. ' 3; Förfarande enligt patentkravet 1 och 2, k ä n n e- t e c k n a t därav, att plastkompositen väljes från en blandning av ett polymert material och ett fyllande material, såsom en kvartz- eller metallfylld epoxi- eller silikonpoly- mer.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t därav, att plastkompositen och det bildade bärorganet väljes med en längdutvidgningskoefficient och/eller en värme- överförande förmåga och/eller en värmekapacitiv förmåga anpassad för en vald process i den formsprutande maskinen.

5. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t därav, att plastkompositen härdas genom en tillförsel av värme och/eller en belysning medelst UV-ljus.

6. Förfarande enligt patentkravet 1 och 3, k ä n n e- t e c k n a t därav, att plastkompositen är vald av tvà- 10 15 20 512 986 _26- komponenttyp.

7. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a tv därav, att en plastkomposit, under ett hårt första slitskikt, väljes med en anpassad värmeöverförande förmåga och/eller värmekapacitiv förmåga, för att därmed hålla den frampressade plastmassan inom maskinen varm.

8. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t därav, att nämnda matris belägges med ett andra slitskikt på den från det första slitskiktets yta vettande ytan.

9. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 8, k ä n n e- t e c k n a t därav, att nämnda första slitskikt och/eller nämnda andra slitskikt utgöres av titannitrid eller DLC (Diamond-Like-Carbon).

10. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c- k_n a t därav, att nämnda tunna första slitskikt har formen V"'av ett metallager och appliceras via ett sputtringsförfarande 25 30 35 och/eller ett förångningsförfarande alternativt ett pläte- ringsförfarande.

11. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 10, k ä n n e- t e c k n a t därav, att det första slitskiktet och/eller metallagret väljes med en mot ställda krav anpassad tjocklek.

12. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t därav, att plastkompositens ytstruktur, på den yta som vetter från slit- och/eller metallagret, bearbetas plan.

13. Matris, anpassad för en formsprutande och/eller präg- lande maskin, med en negativ mikrostruktur uppvisande yta, k ä n n e t e c k n a d därav, att en mikrostrukturen uppvisande första slityta, består av ett tunt slitskikt och att detta skikt är under- stött av en bäryta formad av ett bärorgan. såsom en av metall formad yta, 10 15 20 25 30 35 _ 27 _ .512 986

14. Matris enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- __ n a t därav, att bärorganet utgöres av en plastkomposit.

15. Matris enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- n a t därav, att bärorganet utgöres av en plastkomposit, med en blandning av ett polymert material och ett fyllande material, såsom kvartz- eller metallfylld exposi- eller silikonpolymer.

16. Matris enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- n a t därav, att bärorganet och/eller det första slitskiktet utgöres av ett material med en längdutvidgningskoefficient och/eller en värmeöverförande förmåga och/eller en värme- kapacitiv förmåga anpassad till en vald process i den utnytt- jade maskin.

17. Matris enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- n a t därav, att bärorganet utgöres av en plastkomposit, härdbar genom att tillföra värme och/eller belysning medelst luv-ljus.

18. Matris enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- n a t därav, att bärorganet utgöres av ett plastmaterial av två-komponenttyp.

19. Matris enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- n a t därav, att bärorganet enbart utgöres av ett material med lág värmeöverförande förmåga.

20. Matris enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k- n a t därav, att bärorganet är förstärkt.

21. Matris enligt patentkravet 13 eller 20, k ä n n e- t e c k n a t därav, att bärorganet är förstärkt med ett andra slitskikt pá den fràn det första slitskiktets yta vettande ytan. ' 10 15 20 25 30 35 512 986 -28-

22. Matris enligt patentkravet 13 eller 21, k ä n n e- t e c k n a t därav, att nämnda första slitskikt och/eller nämnda andra förstärkande skikt utgöres av titannitrid eller DLC.